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2015年 1号 No. 368
目 次
【巻頭言】
◆新年雑感… …………………………………………………………………………………………………………………… 1
取締役 執行役員 自動車部品事業本部長 中曽根 淳一
【特別企画】
◆グローバルに展開するニチアスの海外製造拠点… ……………………………………………………………………… 2
【紹介】
◆近年のニチアスグループの海外活動について… ………………………………………………………………………… 4
ニチアス技術時報編集委員会
【解説】
◆海外向け耐火被覆材 TOMBO No.5520「MAKIBEE 」─シンガポールでの施工例─… ………………………… 8
TM
TM
建材事業本部 技術開発部 建材工法開発課 清水 玄宏
【寄稿】
◆高温多湿気候下の都市住宅を対象としたパッシブクーリングによる省エネ改修手法の開発
─ニチアス・エコハウスによる実証研究への期待─… …………………………………………………………………11
広島大学 大学院国際協力研究科 准教授 久保田 徹
【技術レポート】
◆ロックウールの繊維化技術… ………………………………………………………………………………………………16
研究開発本部 浜松研究所 北原 英樹
◆ふっ素樹脂製品におけるクリーン化技術(前編)
─ PFA チューブ通水液のパーティクル測定─……………………………………………………………………………21
研究開発本部 鶴見研究所 石川 俊
送り先ご住所の変更,送付の停止などにつきましては,下に記載の連絡先までご連絡ください。
なおその際は,宛て名シールに記載されている 7 桁のお客様番号を必ずお知らせくださいますよう,お願いいたします。
〈連絡先および本報に関するお問い合わせ先〉
ニチアス株式会社 経営企画部広報課
TEL:03 - 4413 -1194
FAX:03 -3552- 6149
E-mail:[email protected]
[email protected]おります。
http://www.nichias.co.jp/
ニチアス技術時報 2015 No. 1
〈巻頭言〉
新年雑感
取締役 執行役員
自動車部品事業本部長 中
曽根 淳一
あけましておめでとうございます。
本年の世界経済は,新興国は輸出の伸び悩みなどから成長ペースが減速傾向にあるものの,先進国
は緩やかながらも景気回復が見込まれ,世界全体では堅調な成長が予想されています。
日本企業のグローバル化が重要な経営課題としてクローズアップされていますが,近年,市場のグ
ローバル化はますます加速している状況にあります。先進国の製造業は大量生産型のものづくりにお
いて新興国との競争が激しくなっているため,過当な価格競争に陥らず,高付加価値をとれる新たな
ものづくりを模索している状況にあります。付加価値を最大にするものづくりには,他にはない独自
の技術力が求められ,それをお客さまのニーズに合った製品として提供できるかが重要となります。
昨年,経済産業省は,グローバル市場の開拓に取り組んでいる企業のうち,ニッチ分野において高
いシェアを確保し良好な経営を実践している企業を「グローバルニッチトップ企業 100 選」として選
定し発表しました。これはひとつの方向性を示すものであり,今後「グローバルニッチトップ」とい
う言葉は日本の製造業がものづくりにおいてグローバルで競争に勝っていくための重要なキーワード
であると考えます。
弊社は「シール」
「断熱」
「防音」
「耐火」「耐食」および「クリーン」といった 6 つの要素からなる
「断つ・保つ」という特定の技術領域において,基幹産業から自動車,半導体,航空宇宙,建設に
いたる幅広い産業・分野に対しグローバルに展開していることが他にはない特徴となっております。
今後も弊社はこの特徴を活かしたものづくりで高付加価値製品を創出し,より一層グローバルに貢献
できるよう努力していく所存です。
読者の皆さまの本年のご健勝をお祈り申し上げますとともに,ニチアス技術時報のご愛読と,弊社
製品の一層のご愛顧を賜りますようお願い申し上げます。
─ ─
1
ニチアス技術時報 2015 No. 1
ニチアス技術時報 2015 No. 1
グローバルに展開するニチアスの海外製造拠点
当社グループは,海外に展開したお客さまの要望に応じた高品質で高付加価値な製品を安定供給するグローバル
な生産体制を整えております。今後ますます拡大する海外市場を見据え,
さらなる海外事業展開を推進してまいります。
中国
SUZHOU NICHIAS INDUSTRIAL PRODUCTS CO., LTD. ■ ■
SUZHOU NICHIAS SEAL MATERIAL CO., LTD. ■
製造品目
■ 断熱材 ■ シール材 ■ ふっ素樹脂製品 ■ 自動車部品 ■ 建材
メキ NAX MFG, S.A.DE C.V. ■
シコ
SHANGHAI XINGSHENG GASKET CO., LTD. ■
SHANGHAI GOYU AUTO PARTS CO., LTD. ■
ベト
ナム
NICHIAS HAIPHONG CO., LTD. ■ ■ ■
インド NICHIAS INDUSTRIAL PRODUCTS PRIVATE LTD. ■
海外拠点で製造している主な製品
チェコ NICHIAS AUTO PARTS EUROPE a.s. ■ タイ
NICHIAS (THAILAND) CO., LTD. ■
ふっ素樹脂加工品
配管用断熱材
自動車向けヒートインシュレーター
自動車向けガスケット
NICHIAS FGS SDN. BHD. ■ ■ ■ ■
マレー
シア NT RUBBER-SEALS SDN. BHD. ■
PT. NICHIAS ROCKWOOL INDONESIA ■ ■ ■
インド
ネシア PT. NICHIAS METALWORKS INDONESIA ■■
─ ─
2
─ ─
3
ニチアス技術時報 2015 No. 1
〈紹介〉
近年のニチアスグループの海外活動について
ニチアス技術時報編集委員会
拠点では,世界中のお客さまに「断つ・保つ」
1.はじめに
の製品を供給する体制を整え活動をしています。
1896年(明治29年),ニチアスはわが国におけ
本稿では,弊社グループの海外事業展開におけ
る保温・断熱分野のパイオニアとしてスタート
る活動の一例を紹介します。
し,1世紀以上にわたる長い歴史のなかで,さま
ざまな産業分野へ「断つ・保つ」の技術を基盤と
2.自動車部品の供給体制
した製品とサービスを提供することで成長してき
弊社の自動車部品製造拠点を表 1に示します。
ました。これらの製品は日本国内のみならず世界
日系自動車メーカーの海外展開とともに,弊
中のお客さまにご利用いただき,各国の石油精
社も中国をはじめインド,タイ,マレーシア,イン
製・石油化学といったさまざまなプラントや自動
ドネシアなど経済成長著しいアジア圏を中心に
車産業などでお使いいただいております。
積極的に海外展開を図り,長年にわたってエン
弊社の海外拠点は,アジア地域を中心に,8 カ
ジン周りの水・油・ガスの漏れを断つガスケッ
国 13 箇所に生産拠点を展開しています。各生産
ト部品の製造,販売を行ってきた豊富な実績が
表1 自動車部品の海外製造拠点(取得認証は2014年 12月現在)
事業所名
中国
タイ
マレーシア
インドネシア
インド
チェコ
メキシコ
設立年
取得認証
SUZHOU NICHIAS INDUSTRIAL PRODUCTS CO., LTD.
2002
ISO 9 0 0 1:2008
ISO 14001:2004
SHANGHAI XINGSHENG GASKET CO., LTD.
1997
ISO/TS16949
SHANGHAI GOYU AUTOPARTS CO., LTD.
2006
−
NICHIAS (THAILAND) CO., LTD.
1997
ISO/TS 16949
ISO 14001:2004
NICHIAS FGS SDN. BHD.
1990
ISO 9 0 0 1:2008
ISO 14001:2004
PT. NICHIAS ROCKWOOL INDONESIA
1995
ISO 9 0 0 1:2008
ISO 14001:2004
NICHIAS INDUSTRIAL PRODUCTS PRIVATE LTD.
2008
ISO/TS 16949
ISO 9 0 0 1:2008
ISO 14001:2004
(2014 年 現社名に変更)
NICHIAS AUTOPARTS EUROPE a.s.
2004
ISO/TS 16949
ISO 14001:2004
NAX MFG, S.A.DE C.V.
2012
ISO/TS 16949 取得予定
ISO 14001:2004
─ ─
4
ニチアス技術時報 2015 No. 1
は,このメタコート ® 製品の原板材を製造してお
あります。
ここでは,海外生産拠点における主力製品で
ります。
あるTOMBO No.1600「メタコート 」(以下,
各海外拠点で販売されるメタコート ® 製品は,
メタコート ®)製品の供給体制について紹介させ
日本国内およびマレーシアで製造した原板材よ
ていただきます。
り加工されます。このようにグローバルな原板
2.1 メタコート 製品の製造販売 供給体制を整えることにより,メタコート ® 製品
メタコート ® は金属薄板に粘弾性体であるゴム
の安定供給が可能になっています。
を非常に薄く強固にコーティングした製品で(図
2.2 品質管理
1),エンジンのシリンダーヘッドガスケットや
メタコート ® 製品はシリンダーヘッドガスケッ
ブレーキの鳴きを防止するブレーキシムなどに
トのような高温,高圧の過酷な環境下でシール
加工されます(図 2)。
性を要求される製品であるため,製造には厳し
弊社の海外製造拠点として最大規模となるマ
い品質管理が求められます。そこで製造,加工
レーシアの NICHIAS FGS SDN.BHD.(図 3)で
を行う各拠点では,自動車産業向けの品質マネ
TM
®
®
ジ メ ン ト シ ス テ ム で あ る ISO/TS 16949を 取 得
し,日本で生産されたものと同等の品質を確保
した製品を供給することで海外展開しているお
客さまの生産活動を支えています。
2.3 最新拠点
2012年にメキシコに中南米市場をターゲット
グラファイト層
と し た 新 し い 製 造 販 売 拠 点 と し て NAX MFG,
ゴム層
S.A.DE C.V.(図4)を設立しました。今後,自
接着層
動車生産台数の拡大が見込まれるメキシコ,ブ
金属基材
図 1 メタコート の構造
®
ラジル向けにメタコート ® 製品の製造販売を行っ
ていきます。
今後とも日系自動車メーカーの現地生産化が
ますます進む中,弊社はお客さまの要求品質に
合わせた自動車部品をグローバルかつ,タイム
リーに安定供給できるよう,より一層の事業活
動を推進していきます。
図 2 メタコート 製品例
(左:ヘッドガスケット,右:ブレーキシム)
®
図 3 NICHIAS FGS SDN.BHD.(マレーシア)
図4 NAX MFG, S.A.DE C.V.(メキシコ)
─ ─
5
ニチアス技術時報 2015 No. 1
に伴うCO2 およびSOxなどの排出量を火力発電
3.海外製造拠点における環境対策
と比較して実質的にゼロとし,低環境負荷での
海外において生産活動を行うにあたり,各地
製造が可能となっております。
域の法令,風土を考慮した環境配慮活動を展開
3.2 天井採光による省エネ
しています。その一例としてインドネシアでの
さらなる省エネ対策として倉庫建屋の天井に
事例を紹介します。
透明材料を使用した天窓を設置し(図 6)
,昼間
3.1 CO2 排出量の大幅削減
の人工照明の消費電力を削減しています。
経済が急拡大しているインドネシアおよび
ASEAN周辺地域では,省エネ・地球温暖化防止
に対する関心が高まり,断熱材の需要が増加して
い ま す。 こ の よ う な 状 況 に 対 応 す べ く,PT.
NICHIAS ROCKWOOL INDONESIAでは,2012年
にロックウール断熱材の第2工場(図5)を稼動
しました。
図 6 天井採光を配した倉庫内の様子
このような天井採光による昼間電力の削減は,
本工場だけでなく,インドネシアの PT. NICHIAS
METALWORKS INDONESIA,タイの NICHIAS
(THAILAND)CO., LTD. にも採用され,省エネ
だけでなく作業環境の改善にも貢献しています。
図5 PT. NICHIAS ROCKWOOL INDONESIA 第2工場
3.3 製造工程におけるリサイクル
ロックウール製品の製造過程では,廃棄物が
本工場の特徴はロックウール製品製造時の原
少なからず発生します。たとえば製繊時に発生
料溶融方式に,CO2 排出量が少ない電気炉方式
する多量の綿くずや,製品サイズにあわせて切
を採用した点にあります。
断した耳くず,ならびに不良品などです。これ
ロックウールの製造法には原料の鉱石をコー
らは製品と同一組成であるためリサイクルが可
クスの燃焼とともに溶融するキュポラ法があり
能です。そこで本工場では,綿くずはロックウー
ますが,コークスの燃焼により膨大な量の CO2
ル濾材を用いた乾式フィルターで回収し,回収
と,SOxなど有害物質ならびに悪臭の原因とな
された綿くずは濾材ごと粉砕の後,原料として
るH2S(硫化水素)を排出するため脱硫,脱臭な
リサイクルされます。また耳くず,ならびに不
どの排ガス処理施設を必要とします。一方,本
良品も同様に粉砕して原料としてリサイクルす
工場で採用している電気炉方式は,購入電力を
ることで,廃棄物削減に努めています。
使用するため本工場でのCO2 排出は無く,排ガス
今回ご紹介したインドネシアの事例以外にも
処理施設は必要としません。また,製造に必要
弊社の各海外製造拠点では,環境に配慮した生
な電力は,工場近郊の水力発電所(ジャティル
産活動を行っています。今後ともこうした活動
フール水力発電所)から購入することで,発電
を推進,継続していきます。
─ ─
6
ニチアス技術時報 2015 No. 1
4.シンガポールでのグリーンビルディング
製品認証取得
5.おわりに
世界的に環境に配慮した商品への関心が高ま
製品のカスタマイズなど,技術開発を推進すると
る中,建築物やその施工・解体においてもエネ
ともに,より一層環境に配慮した生産活動を進め
ルギー使用や廃棄物の削減などを図るグリーン
ることで,世界中のお客さまに信頼され,共に
ビルディング認証を取得する動きがあります。
歩むことができるよう事業展開を行っていく所
こうした状況下,2013年 11月に弊社の断熱材な
存です。今後とも弊社のグローバルな活動にご
ど計7種の建材製品が,グリーンビルディング製
期待ください。
弊社では今後とも各地域のお客さまに合わせた
品としてシンガポールのグリーンビル評議会よ
り認証を受けました。
今後こうした環境保全に関する動きは成長著
※「TOMBO」はニチアス㈱の登録商標または商標です。
※「メタコート」はニチアス㈱の登録商標です。
しいアジア地区においても加速すると予想され
ます。環境に配慮した弊社製品の積極的な利用
を推進することで,地球規模での環境対策に貢
献していきます。
─ ─
7
ニチアス技術時報 2015 No. 1
〈解説〉
海外向け耐火被覆材TOMBO No.5520「MAKIBEE 」
─シンガポールでの施工例─
TM
TM
建材事業本部 技術開発部 建材工法開発課 清 水 玄 宏
不要,③特別な養生が不要で,他工事との並行
1.はじめに
作業が可能といった効率的かつ合理的な材料で
TOMBO No.5520「マキベエ 」(以下,マキ
あることが評価され,日本を代表する建築物を
ベエ )は,弊社の独自技術から生まれた耐火被
はじめ,住宅から事務所ビルまで多岐にわたる
覆材です。このたびシンガポールにて日本の建
鉄骨造建築物でご採用いただいております。
設会社が建設したビルに「MAKIBEE 」として
一方,海外では地震が少なく鉄骨造の建築物
海 外 で 初 め て 採 用 さ れ ま し た。 本 稿 で は,
が少ないことから,耐火被覆の需要も少なくこ
TM
®
®
TM
れまで使用されてきませんでした。
「MAKIBEE 」が採用された背景と建築物の耐
TM
火基準に関して,日本とシンガポールの違いを
概説します。
2.
「マキベエ 」について
®
建築物は建物の構造を構成する材料により,
木造,レンガ造,コンクリート造,鉄骨造など
に区分けされていますが,この中で,鉄骨造は
鉄骨
コンクリート造と比較して人手がかからず,合
理的な建設方法の一つです。日本では地震が多
マキベエ
®
(鉄骨製梁や柱に巻き付けて使用する)
いこともあり,鉄骨造の建築物の建設技術が進ん
でいます。しかしながら鉄は熱で曲がりやすく
図 1 マキベエ の概略図
®
なるという特性を有し,建物火災で鉄骨造の柱,
梁が火災の熱で曲がって倒壊し,被害が拡大し
た事例は少なくありません。このような倒壊事
故を防ぐため,ある一定規模以上の鉄骨造の建
物には柱,梁を火災の熱から守るために耐火被
3.シンガポールにおける「MAKIBEETM」
採用の背景
覆材が必要となります。
近年,各国とも建設業に携わる作業員は減少
耐火被覆材は「無機系吹き付け被覆材」
「耐火塗
の一途をたどり,賃金の安い国からの出稼ぎ労
料」
「成形板」
「巻き付け耐火被覆材」と主に4種
働力に依存せざるを得ない状況にあり,熟練し
に分類されます。
た作業員確保が困難な状況になっています。そ
「マキベエ 」
(図 1)は巻き付け耐火被覆材で,
のことが原因で建設工程の遅れを引き起こす
①1人でも作業が可能,②大きなプラント設備が
ことがしばしば見受けられます。これはシンガ
®
─ ─
8
ニチアス技術時報 2015 No. 1
ポールでも例外ではなく建設現場では外国人
たり規定されています。一方,諸外国の大半は,
労働者に頼っているのが現状です。このような
大枠は決まっているものの,細かいところは定
建設事情から,シンガポール政府は 2020 年ま
まっていないのが現状です。
でに「労働者の技能・レベルを上げて,仕事そ
日本では,建築基準法により建物の耐火基準
のものの質を向上させ,より高い収入が得られ
(耐火構造,準耐火構造など)が定められており,
る先進経済を目指す」という方針を掲げた戦略
建物の規模や階数(すなわち大きさ)により構
的な建設行政を実施しています。その中で労働
造物の耐火時間が1,2,3時間と定められます。
者の技能向上,最新技術の導入などに関わる費
建物の構成部材は,要求される耐火時間に適
用を政府が助成する制度が施行されています。
合する性能が求められます。耐火時間に合わせ
「マキベエ 」は,あらかじめ工場で成形され
て柱・梁などの部材ごと,耐火被覆材ごと,鉄
た耐熱被覆材を鉄骨に巻き付け,ピン止めする
骨サイズごとに耐火試験が行われ,所定の性能
という比較的容易な作業で施工ができること,
を確認し合格すると国土交通大臣から認定を受
吹き付け被覆材のように作業中に他の作業が中
けます。この際,
耐火被覆材の厚みも定まります。
断することなく並行作業が可能であることが,
日本の建物は,建物の仕様(規模)にあわせ,
工期短縮やコストダウンにつながるということ
たとえば耐火2 時間が要求される場合,それに適
で,建築における合理的な新技術として認めら
合する認定を受けた部材で構造を組み上げてい
れ,「MAKIBEE 」の名で初の海外での採用に
くことになります。
至りました。
これに対して,シンガポールでは建物の大き
®
TM
さではなく,その建物の用途で耐火時間が決ま
ります。事務所ビルなどは耐火90 分ですが,不
特定多数の人が出入りするスーパーマーケット
などは耐火120 分となります。
耐火試験も各部材ごとに行うことは日本と変
わ り ま せ ん が, シ ン ガ ポ ー ル で は 英 国 規 格
(BS476:Part21:1987) に 則 っ た 試 験 が 必 要 と
されます。
使用する部材の選定は日本と異なり,使用す
る鉄骨サイズごとに定められている形状係数
(Shape coefficient; Hp/A)という数値から,適
切な耐火被覆材の厚みを早見表を参照して求め
図 2 シンガポールでのMAKIBEE 施工風景
TM
ていきます。
表 1,2に「MAKIBEETM」施工時に使用する鉄
骨の形状係数の一例と耐火時間と被覆厚の早見
4.海外と日本での耐火基準の違い
表を示します。
海外において事業を展開する場合,当然なが
たとえば914mm ×305mm というシリーズの
ら現地の法令や基準を順守することが必要です。
鉄骨の場合,鉄骨サイズ対してそれぞれ60~80
建築物を建設する場合も,日本と同様に各国で
という形状係数が定められています。この形状
建築基準が法律によって定められており,国に
係数を表2 の「MAKIBEETM」の耐火時間と被覆
より内容が異なります。建築物の耐火,防火に
厚の早見表に当てはめ,形状係数65 の鉄骨で,
関して,日本では鉄骨造が比較的多いこと,ま
120分 の 耐 火 時 間 が 必 要 で あ れ ば 40mm 厚 の
た地震による木造家屋の大火災が多かった歴史
「MAKIBEETM」を使用すると判定します。
的背景から,建築基準法により厳しく詳細にわ
─ ─
9
ニチアス技術時報 2015 No. 1
したがって実際の設計では,要求される耐火
時間に合わせ建物を構成する個々の鉄骨の寸法
ごとに耐火被覆材の厚みを決定します。
表 1 鉄骨サイズと形状定数の一例
図 3 セミナー会場の様子(写真提供 国土交通省)
2月号において紹介され,作業の容易性,工期短
縮,ビル解体後の鉄骨リサイクルが容易な技術
として高く評価されました。
表 2 MAKIBEE の耐火時間と被覆厚の早見表
TM
6.おわりに
今回海外で「MAKIBEETM」を施工する過程で,
現地の施工業者とのコミュニケーションを通じ
て,言葉は十分わからなくても思いは同じであ
るという場面に少なからず遭遇してきました。
より良い発展への希求には国境は存在しないと
いうことでしょう。
今回の「MAKIBEETM」のご採用を第一歩とし
て,これからも海外のお客さまのご要望にお応
5.
「MAKIBEETM」のシンガポールでの評価
えできる建材製品を開発していく所存です。
2013年8月,在シンガポール日系関連企業関係
本稿が今後,海外にて鉄骨造建築物を設計予
者で作るWASS(鋼構造建築物普及に向けた研究
定の皆さまのお役に少しでも立てれば幸いです。
会)と国土交通省の共催により「第2回鋼構造に
よる高層建築普及セミナー」がシンガポールで
開催されました。WASSはシンガポール政府の建
設局にあたるBuilding and Construction Authority
※「TOMBO」はニチアス㈱の登録商標または商標です。
※「マキベエ」はニチアス㈱の登録商標です。
※「MAKIBEE」はニチアス㈱の商標です。
(BCA)から高い関心を持って見られている団体
で,両国の産業界,学界,政府関係者ら約300人
筆者紹介
が出席し,日本の技術やシンガポールにおける
清水玄宏
今後の可能性について活発な質疑応答が行われ
建材事業本部
技術開発部 建材工法開発課
耐火被覆材,断熱工法の開発に従事
ました(図3)
。
この中で発表した「MAKIBEETM」の耐火被覆
技 術 は,BCA の 機 関 紙「build smar t」2014 年
─ ─
10
ニチアス技術時報 2015 No. 1
〈寄稿〉
高温多湿気候下の都市住宅を対象とした
パッシブクーリングによる省エネ改修手法の開発
─ニチアス・エコハウスによる実証研究への期待─
広島大学 大学院国際協力研究科 准教授 久保田 徹
い。戦後の社会的混乱も少なく,経済的に大き
1.はじめに
な発展を遂げた。アジア開発銀行の資料によれ
高い経済成長を続ける東南アジアの新興国・
ば,中間層(一日の支出が US$2 -$20)の割
途上国では,現在も都市化が進行しており,都
合は2004 年の時点で既に89%に達している 1)。
市のエネルギー消費を大きく増加させている。
マレーシアに限らず,東南アジアの伝統的建
筆者らの研究グループは,こうした高温多湿な
築の多くは木造高床式であり,深い庇で日射を
東南アジアをフィールドとして都市住宅の省エ
遮り,また開放的なつくりで風通しを確保する
ネルギー手法に関する研究を進めてきた。筆者に
ものがほとんどであった。しかし,現在の都市
は,学位取得後の2003年から2009年までの6年
住宅の多くは,レンガを用いた熱容量の大きな
間をマレー半島南端に位置するジョホールバル
建物がほとんどを占める(マレーシア国内の都
のマレーシア工科大学(以下UTM と略記)で過
市住宅の約91%)2)。また,住宅形式は,軒を連
ごした経験がある。この滞在期間中に,現地研
ねたテラスハウスが44%で最も多い(図1)。つ
究者や学生とともに,既に膨大なストックを有
まり,戦後,都市に流入し中間層となった世帯
する同国の中間層向け都市住宅の省エネ改修手
の多くが,こうしたレンガ造のテラスハウスに
法に関する基礎研究を行った。2009年度より現
居住している。テラスハウスは,マレーシア国
在の広島大学に着任したが,上記の研究は UTM
内に既に 230万戸ほどあるため,筆者らは,こう
との共同研究という形で継続させている。
した既存のテラスハウスを対象とした省エネ改
本稿では,この研究によって得られた成果の詳
修方法に焦点を当てている。
細について述べる。なお本研究に対してはニチア
ス株式会社より深い共感とご理解を頂き,研究助
成と技術協力をいただいた。その助成により,現
在UTMキャンパス内に建設中の省エネルギー実
証住宅「ニチアス・エコハウス」
(2015年5月竣
工予定)について紹介する。
2.マレーシアの都市住宅
マレーシアの国土面積はおよそ日本と等しい
が,人口は 2,900 万人程度しかなく人口密度は低
─ ─
11
図 1 マレーシアのテラスハウス住宅地
ニチアス技術時報 2015 No. 1
夜 は 閉 め る ) で は, 夜 間 の 室 温 は 外 気 温( 約
3.エネルギー消費量調査と室内熱環境実測
25℃)に比べ4 - 5℃高く,夜間のエアコンの使
住宅内のエネルギー消費量については複数回
用を促していることが分かった。また,こうした
実測を行っている。2009年にジョホールバルで
現状に対し,夜間換気(昼は窓を閉め,夜は開
3)
行った調査 では,世帯の年間エネルギー消費量
ける)を採用した場合には,一日を通じて室温
(2次エネルギー)は平均 24.5GJであった(図 2)
。
を 2- 3℃低下できることを明らかにした(図 3)
。
その内訳を見ると,調理用のエネルギー消費量
の割合が最も高く(約 37%)
,それに次いで冷房
38
用の消費量の占める割合が高かった(約 29%)
。
34
気温
(℃)
また,エアコンの普及率は65%程度であり,世
30
28
られた。マレー半島部では,月平均気温は 27-
24
400
7/14
7/15
7/16
7/17
0:00
0:00
0:00
7/13
置される傾向があり,夜間の就寝時に長時間(平
0:00
0
0:00
雨の期間
調査によって,エアコンは主寝室に優先して設
く室内の熱的快適性を得る方法(パッシブクー
800
0:00
ぼ一定である。なお,2004年に同市内で行った
夜間換気
0:00
日射量
(W/m2)
26
29℃程度,相対湿度は約 80%で一年を通じてほ
た 4)。そこで筆者らは,エアコンを用いることな
昼間換気
32
帯収入の増加に伴い所有台数が増える傾向が見
均7-8 時間/日)使用されていることが分かっ
室外
36
7/18
日付
図 3 ジョホールバルのテラスハウスにおける室内熱環
境の実測結果:昼間換気と夜間換気の比較
4)
(2007年7 月)
リング)によって,住宅内のエネルギー消費量
を削減する方法を検討している。
4.省エネ改修に関するシミュレーション
前節のとおり,熱容量の大きいテラスハウス
の場合,現在の居住者が行う昼間換気を夜間換
気に変更するだけで大きな室温低減効果がある
ことが分かったが,それでも一日を通じて熱的
快適性を得るには不十分であった。そこで,夜
間換気に,さらなるパッシブクーリング手法を
加えた場合の室内熱環境改善効果をシミュレー
ションによって検討した。
冷房に頼らずパッシブクーリングのみで熱的
快適性を満たすことが理想であるが,一方では,
前述のとおり,マレーシアの都市住宅において
n=243
は既に 6- 7割の住宅にエアコンが設置されてい
図2 ジョホールバルの都市住宅における世帯当たりの
3)
年間エネルギー消費量(2009年調査)
るという実状がある。また,新興国の都市でも
ヒートアイランドは着実に進行しており,地球
2007年に,ジョホールバルに立地する典型的
温暖化と相まって都市はますます高温化してい
テラスハウスにおいて室内熱環境の実測を行っ
る。そこで本研究では,①冷房に頼らずパッシ
4)
た 。隣り合う 2棟(空き家)を対象に,異なる
ブクーリングのみを用いた方法(以下,パッシ
自然換気条件下で室内熱環境を同時計測するこ
ブクーリング)を検討する一方で,②主寝室に
とでそれらの室温低減効果を明らかにした。こ
おける冷房使用を前提に,その他のスペースに
の結果,現状を示す昼間換気状態(昼は窓を開け,
パッシブ手法を導入することで,主寝室の冷房
─ ─
12
ニチアス技術時報 2015 No. 1
負荷を低減する方法(以下,部分冷房)の2 通り
タを示す。対象期間中の都心と郊外の気温差の
を検討している。
平均は日中,夜間ともに約2.2℃であった。
4.1 シミュレーション条件
気温
(℃)
ここでは,現地のデベロッパーを訪問するな
どして収集した 219件のテラスハウスの図面を分
相対湿度
(%)
類して標準的事例を選定し,これをシミュレー
ションの対象住宅とした。図 4 に対象住宅の平面
郊外の
都心の
日射量
日射量
(W/m2) (W/m2)
図を示す。対象住宅の敷地面積は143m2 で,延
べ床面積は 155m2 である。テラスハウスでは,
通常,鉄筋コンクリートのフレームにセメント
38
36
34
32
30
28
26
24
22
都心
郊外
100
90
80
70
60
50
郊外
都心
800
400
0
雨の期間(都心)
プラスター塗りレンガ壁が用いられる。隣接す
800
400
0
すい。また,現状では屋根材の下部に一層のア
1/30
0:00
1/29
0:00
1/28
0:00
1/27
0:00
1/26
0:00
1/25
0:00
0:00
1/24
り排熱が上手く行われないなどの問題が生じや
0:00
1/23
0:00
雨の期間(郊外)
る住宅と戸境壁を共有するため,換気不足にな
1/31
2/1
日付
図 5 シミュレーションに使用した気象データ
(2010 年 1 月)
ルミ箔遮熱材が敷かれるケースがほとんどであ
るが,天井や屋根,外壁などに断熱材が使用さ
本シミュレーションでは熱計算ソフトTRNSYS
れることは少ない。したがって,室内熱環境を
を用いた。表 1にシミュレーションで扱ったパッ
改善する余地はまだ十分にあると考えられる。
シブクーリング手法を示す。ここでは,マレー
シアの建材市場で扱われるもので,なおかつ既
6.7m
存のテラスハウスの改修方法として導入可能な
ものを選定した。断熱については,各部位に R =
6.7m
4m2・K/W の断熱材を導入した場合を検討した。
を行った場合,さらに,現状の窓ガラスをLow-E
13.1m
13.1m
また,屋根裏と主寝室に換気扇を設置し強制換気
ガラスに変更した場合,屋根に高反射塗料を塗
布した場合,窓面の内側/外側で日射遮蔽を行っ
た場合をそれぞれ検討した。なお,住宅内の内
部発熱に関しては,人体,照明,家電からの発
表 1 シミュレーションで検討したパッシブ手法
2階平面図
1階平面図
導入手法
詳細
方位
4 方向(東,西,南,北)
自然換気
夜間換気,昼間換気,終日閉鎖,終日換気
るが,前述のとおり都市ヒートアイランドが深
強制換気(主寝室)
10 回 /h(夜間のみ)
刻化している。2008年に行った移動計測では,
強制換気(屋根裏)
10 回 /h(夜間のみ)
都心と郊外の気温差は晴天日の夜間に最大で約
断熱材
屋根,天井,外壁外側,外壁内側,内壁,
境界壁,床(R = 4m2・K/W)
Low-E ガラス
遮熱タイプ
(U-value:2.54W/m2・K,G-value:0.44)
日射遮蔽(窓面)
外部・内部(遮蔽率:0.75)
高反射塗料(屋根)
日射反射率:0.8,長波放射率:0.9
図 4 シミュレーション対象住宅の平面図
ジョホールバルの現在の人口は約130万人であ
5)
4℃に達していた 。そこで本研究では,ヒート
アイランド影響下にある都心の気象条件の下で
シミュレーションを行うことで,高温化した気
象条件でも熱的快適性を満たす改修方法を検討
した。図5 にシミュレーションに用いた気象デー
─ ─
13
ニチアス技術時報 2015 No. 1
熱を考慮した。世帯人数は4 名とし,在室スケ
ケート調査結果に基づき,21:00から 6:00 ま
ジュールはこれまでのアンケート調査結果を基
での9 時間とし,設定温度・相対湿度は 23℃・
に決定した。
60%とした。主寝室以外のスペースで夜間換気
4.2 パッシブクーリングの場合のシミュレー
を行った条件で,表1 に示す各パッシブクーリン
ション結果
グ手法を複合的に導入した場合の主寝室の一日
当たりの冷房負荷を算出した(図7)
。
夜間換気に加えて表1 に示す各パッシブクー
リング手法を複合的に導入した場合の寝室の作
用温度を算出し,筆者ら 6) の開発した高温多湿
昼間換気(現状)
気候下の自然換気建物のための適応モデル
終日閉鎖×夜間換気
(ACE:Adaptive Comfort Equation)を用いて熱
+天井断熱(R=4)
+外壁内側断熱(R=4)
的快適性の評価を行った(図 6)。ここでは,各パッ
+内壁断熱(R=4)
シブ手法のすべての組み合わせをシミュレー
+床断熱(R=4)
ションし,効果の最も大きい順に累積的に導入
+Low-E ガラス
+日射遮蔽外部(遮蔽率75%)
していった。
+高反射塗料(屋根面)
夜間換気
+境界壁断熱(R=4)
潜熱負荷
+屋根裏強制換気(10ACH)
顕熱負荷
+日射遮蔽内部(遮蔽率75%)
+屋根断熱(R=4)
0
+日射遮蔽(外部)
20
40
60
80
冷房負荷(MJ/Day)
+外壁外側断熱(R=4)
図 7 部分冷房時に各パッシブクーリング手法を複合的
に導入した場合の主寝室の一日当たりの冷房負荷
(建物方位:南)
+主寝室強制換気(10ACH)
ACE80%
許容域
+Low-E ガラス
+屋根裏強制換気(10ACH)
+高反射塗料(屋根面)
その結果,例えば建物方位が北,南の場合には,
+日射遮蔽(内部)
26
27
28
29
30
31
32
33
主寝室を終日閉鎖し,その他のスペースを夜間
作用温度(℃)
換気することに加えて,①天井断熱,②外壁内
図6 夜間換気に加えて各パッシブクーリング手法を複
合導入した場合の主室温の作用温度
(建物方位:南)
建物方位が北,南,西の場合は,夜間換気に
加えて,①屋根断熱,②日射遮蔽(外部)
,③外
壁外側断熱の 3つの手法を組み合わせることで,
主寝室の作用温度は日平均で 28.5℃程度にまで
側断熱,③内壁断熱,④床断熱を導入することで,
主寝室の顕熱負荷を現状に比べ約 45%,潜熱負
荷を約30%削減できることが分かった。
5.省エネ実験住宅
「ニチアス ・ エコハウス」
の建設
低下し,一日を通じてACEの快適域を満たすこ
前節のとおり,室内の熱的快適性の向上と冷
とができた。また,建物方位が東の場合には,
房用エネルギー消費の削減を同時に満たすこと
上述の3 つの手法だけでは,日中,僅かに快適域
を目的としたパッシブクーリングによる既存テ
を超えるが,これらにLow-Eガラスを加えるこ
ラスハウスの改修方法を検討しているが,これ
とでACEの快適域を満たすことが可能となった。
らの効果を実証することを主な目的として,こ
4.3 部分冷房の場合のシミュレーション結果
れまで共同研究を行ってきた UTMのキャンパス
ここでは,対象住宅の主寝室においてのみ冷房
内に実験住宅「ニチアス・エコハウス」を建設
を使用し,その他のスペースにパッシブクーリン
する予定である
(図8)
。建設予定地はUTM のジョ
グ手法を導入することで,主寝室の冷房負荷を出
ホールバル・キャンパス(都心より約 15km)の
来る限り削減する方法を考察した。なお,主寝室
中心部近くに位置し,キャンパス内だけでなく
における冷房スケジュールは,これまでのアン
ジョホールバル市内からのアクセスも良い場所
─ ─
14
ニチアス技術時報 2015 No. 1
にある。こうした実スケールの実験住宅は東南
レンガ造の住宅で占められ,レンガ造ゆえに夜
アジアでは例が少なく,また既存住宅の改修方
間の室温を上昇させ,寝苦しさのあまりエアコン
法を検討するものとしてはおそらく同地域で初
を過度に使用することになれば,エネルギー消
めての実験施設となる。2015年 5月に竣工予定
費量はおそろしく跳ね上がり地球環境へのさら
で,その後,3 年間に渡って実証実験を行った後,
なる脅威となることは明らかである。こうした
同大学の研究教育施設として末永く用いられる
熱帯地域における都市住宅の省エネルギーに関
予定である。本実験住宅で得られた実証データ
する研究には,まだ十分な蓄積がない。したがっ
に基づき,断熱材などを使った省エネ改修方法
て,UTMに建設される「ニチアス・エコハウス」
を基準化し,それを政府関係機関に提案する予
による実証研究への期待は大きい。
定である。
末筆ながら,本プロジェクトを全面的にご支
援くださっているニチアス株式会社に対し深く
感謝の意を表します。
参考文献
1) Asian Development Bank (2010) Key Indicators for Asia
and the Pacific 2010, 41st Edition, Asian Development
Bank.
2) Department of Statistics Malaysia (2012) Characteristics
of Living Quar ters, Population and Housing Census
of Malaysia 2010, Depar tment of Statistics Malaysia,
Putrajaya.
3) Kubota, T., Jeong, S., Toe, D.H.C., Ossen D.R. (2011)
図8 実験住宅「ニチアス・エコハウス」の完成イメージ
Energy consumption and air-conditioning usage in
residential buildings of Malaysia, J. of Int'l Development
and Cooperation, 17(3), pp.61-69.
6.おわりに
4) Kubota, T., Toe, D.H.C. and Ahmad, S. (2009) The
effects of night ventilation technique on indoor thermal
UTMは工科系の国立大学としてはマレーシア
environment for residential buildings in hot-humid climate
国内でトップに位置づけられ,政府関係機関や
民間企業に数多くの優秀な人材を輩出している。
of Malaysia, Energy and Buildings, 41(8), pp.829-839.
5) Kubota, T, Ossen, D.R.: A Field measurement of
temperature distribution in Johor Bahru, Malaysia: A
そのメイン・キャンパス中心部に省エネルギー
preliminary study of mitigation measures for urban heat
実験住宅を建設することの意義は大きい。この
island in the tropics, 日本建築学会大会学術講演梗概集
実験住宅は,単に現地の研究教育施設となるだ
けでなく,省エネルギーという両国に共通する
(北陸),D1, pp.919-920, 2010.9.
6) Toe, D.H.C., Kubota, T. (2013) Development of an
adaptive thermal comfort equation for naturally ventilated
テーマの下で日本とマレーシアの研究者や学生
buildings in hot-humid climates using ASHRAE RP-884
が学術交流を行う人的ネットワークの拠点とな
database, Frontiers of Architectural Research 2(3), pp.278-
るものと期待される。
291.
また,筆者らは,マレーシアのみならず東南
アジア地域の都市住宅を広く研究しているが,
筆者紹介
同地域で急成長する中間層向けの都市住宅の殆
どがレンガ造の建物となっているように見える。
従来,欧米諸国や比較的乾燥した地域で多用さ
れてきたレンガ造の建物が,高温多湿な東南ア
ジアに適応可能かという点は未だに大きな疑問
である。巨大な人口を抱える東南アジア全体が
─ ─
15
久保田 徹
広島大学 大学院国際協力研究科 准教授
日本建築学会など
博士(工学)
東南アジア地域の都市住宅の省エネル
ギーに関する研究に従事
ニチアス技術時報 2015 No. 1
〈技術レポート〉
ロックウールの繊維化技術
研究開発本部 浜松研究所 北 原 英 樹
上記性能を十分に発現させるため,多くの技
1.はじめに
術が存在するが,本稿ではその基盤となる繊維
ロックウールとは高炉スラグの他,玄武岩な
化技術に関して,当社が保有する技術の一部を
どの天然鉱石を高温で溶融し,遠心力などで吹
記載する。
き飛ばして繊維状にした人造鉱物繊維であり,
用途や使用目的に応じてボード状,フェルト状,
2.ロックウールの製造
ブランケット状,帯状,筒状などに加工される。
ロックウール製品の製造工程の一例を図 1 に
ロックウールは優れた断熱性能,耐熱性能,
示す。工程は大きく溶融,繊維化・集綿,成形
防音性能を有しており,この性能を活かして産
工程に分かれる。各工程については前号におい
業用途,住宅用途,耐火被覆用途,農業資材用
て解説したが,ここでは繊維化までの工程につ
途など幅広い分野に使用されていることは前号
いて補足説明する。
(2014/4号)にてご紹介した。
繊維化・
集綿工程
原 料
スピナー
製 品
粒状綿
溶融工程
成形工程
成形品
出典:ロックウール工業会
図1 ロックウール製品の製造工程
─ ─
16
ニチアス技術時報 2015 No. 1
2.1 ロックウールの原料
スピナーには高速回転するローターが複数設け
ロックウールはその名が示す通り,玄武岩,
られており,ローターに巻き付いた融液は高速
輝緑岩などの天然岩石を主原料として製造され
回転による遠心力で引き延ばされ繊維状となる。
るが,国内では製鉄所の高炉からの副産物であ
生成した繊維はローターの周囲から出る高速空
る高炉スラグを主原料としており,スラグウー
気により捕集ネット上へ吹き飛ばされて集積し,
ルとも呼ばれている。
成型工程を経て製品となる。
高炉スラグ以外には,珪石(珪砂),天然岩石,
ドロマイト,転炉スラグなどの副原料を用い,
3.ロックウールの繊維化技術
用途に応じた成分調整を行う。
3.1 繊維化状況の観察
2.2 溶融工程,繊維化工程
2項で記したように,繊維化とは高速で回転す
原料はキュポラもしくは電気炉を用いて加熱
るローター上に巻き付いた融液を遠心力で引き延
溶融される。熱源は前者がコークスの燃焼熱,
ばす過程である。ローターは毎分数千回転で高速
後者が通電による抵抗発熱であり,いずれの炉
回転しており,その周速は高いもので100m/s に
でも原料を1500℃程度に加熱する。溶融した原
も達する。すなわち,繊維の生成過程を観察す
料(以降,融液と表記する)は,炉下部よりスピ
るには特殊な撮影装置,計測技術が必要となる。
ナーと呼ばれる繊維化装置上に落とされる。スピ
図3 に融液が巻き付いたローター外周を,高速
ナーでの繊維化工程のイメージ図を図2に示す。
度ビデオ(シャッター速度2 ×10 - 6 秒,フレー
ムレート4× 104fps)で撮影した連続画像を示す。
なお,下記画像は約10 - 3 秒間での挙動である。
融液
繊維
ローター上において融液が波立ち,その波の
頂点から繊維が生成している様子が確認できる。
ローター
また,繊維の先端は粒状となっていることも確
認できる。図中丸で囲んだ部分は同一起点で生
高速空気
成した繊維の延伸挙動を追ったものだが,波の
頂点で生成した粒子を起点(先端)として,引
き延ばされていく過程が観察できる。観察結果
を基にした繊維生成モデルを図4 に示す。
図2 スピナーでの繊維化イメージ図
先端(粒状)
繊維
先端 分離
融液
回転方向
5mm
5mm
図3 ローター上での融液延伸状況の観察
─ ─
17
5mm
ニチアス技術時報 2015 No. 1
なお,図4に記したショットとは,繊維先端が
この現象の支配パラメータは,粘度,表面張力,
分離,固化した粒子であり,通常ロックウール
密度,加速度である。すなわち,繊維化過程を
には粒径 45μm 以上のショットが重量で数十%
理解し,コントロールするには融液物性を正し
含まれている。
く測定することが必要となる。
3.3 融液物性の測定
当社研究所には高温での液物性の測定が可能な
融液
装置を保有しており,各物性の温度依存性を取得
している。粘度は球引上法,表面張力はリング引
上法,密度はアルキメデス2球法での測定である。
ショット
ローター
ここでは,温度に対する融液の粘度と表面張
繊維
繊維化起点の生成
遠心力による延伸
力の測定結果を図5,6 に示す。なお,図中には
分離・固化
一般的なロックウールに加え,グラスウールの
結果も併記している。
図 4 繊維生成モデル図
10000
3.2 繊維化過程への流体力学の適用
には,その現象の理解が必要となる。そこで,
類似現象を呈するRayleigh-Taylor不安定性理論
1)
を適用した。これは,重力場などの力が生じる
100
10
1
場において,密度の異なる二つの流体間におけ
る,界面からの流動現象を論じた理論であり,
0.1
900
以前より粘性流体へ適用する研究が行われてい
水滴の落下や,静置した水と油(上部に油,下
側に移動していく。表1 に繊維化現象と水滴落下
現象の比較を示す。
融液の繊維化
1300
1400
1500
1600
550
500
450
ロックウール
グラスウール
400
350
300
250
200
900
表 1 類似現象の比較
現象
1200
600
表面張力 (mN/m)
と同様に,先端が液滴状を呈した流体が低密度
1100
図 5 溶融粘度測定結果
この理論の身近な事象では,浴室天井からの
の水の移動挙動である。いずれも繊維生成挙動
1000
温度(℃)
る 2)。また,
繊維化に適用した研究例もみられる 3)。
部に水)を,上下逆さにした際に生じる油中へ
ロックウール
グラスウール
1000
溶融粘度 (pa・s)
前項で記した繊維化過程をコントロールする
1000
1100
1200
1300
1400
1500
1600
温度(℃)
浴室天井の水滴落下
図 6 表面張力測定結果
図に示すように,ロックウールとグラスウー
ルとではその傾向が異なる。これは表2 に示す両
挙動
者の組成の一例のように,グラスウールはロッ
クウールに比べ,SiO2 +Al2O3 で示される繊維骨
格成分やアルカリ金属酸化物が多く,アルカリ
場の力
遠心力
重力
流体
高密度:融液
低密度:空気
高密度:水
低密度:空気
土類金属酸化物は少ない。すなわち,融液物性
には組成の影響が大きく,繊維化をコントロー
ルするには,融液組成の設計も重要となる。
─ ─
18
ニチアス技術時報 2015 No. 1
表 2 各融液の組成比較(単位:mass%)
3.5 繊維化シミュレーション
成分
ロックウール
グラスウール
2項に記したように,ロックウールは高温場,
SiO2 + Al2O3
55
69
MgO + CaO
高速度場で製造されるため観察・評価技術にも
38
12
Na2O + K2O
2
18
限界があり,個々のパラメータの影響が解析し
Fe2O3
2
0
その他
3
1
難い面がある。そのため,当社ではシミュレー
ションによる繊維化技術の向上も図っている。
図 8に 融 液 が 延 伸 す る 過 程 の シ ミ ュ レ ー
3.4 理論の製造への反映
ション結果を示す。融液が重力加速度 1Gで自由
CO2 排出量の削減が叫ばれる中,建築物など
落下する場合の解析結果である。
の高断熱化に向けてロックウール製品の断熱性
能を向上させる必要性が高まっている。
断熱性を向上させる,すなわち,熱伝導率を
低減するには繊維中のショット量を減らし,繊
維径を細くすることが鍵となる。前者は製品中
図 8 重力場での融液延伸過程の
コンピュータシミュレーション
の繊維の割合を高め,後者は繊維本数を増やす
ことであり,輻射伝熱の低下につながる。以下に,
これまで述べた Rayleigh-Taylor不安定性理論を
先端に生成した液滴を起点として融液が引き
繊維径に適用した例を示す。
延ばされ,分断に至る過程が計算機上で再現で
3.2項で記したように,繊維化のパラメータは,
きている。この過程を計算するには汎用流体シ
融液物性(粘度,表面張力,密度)と加速度で
ミュレーションでは不適であり,液体-気体界
ある。すなわち,得られる繊維径についてもこ
面の詳細な解析が行える二相系格子ボルツマン
の考えが適用でき,繊維径は融液物性と加速度
法4) による三次元シミュレーションを用いた。
の関数として表記できる。ここでの加速度はロー
ただし,この手法は膨大なメモリを必要とする
ター上に巻き付いた融液が受ける遠心加速度で
ので,複数のワークステーションによる並列計
あり,これは,ローター径,回転数により決ま
算を行える環境を整えている。
る値である。
図9 に 融 液 粘 度 を パ ラ メ ー タ と し た シ ミ ュ
図 7に,遠心加速度と繊維径の関係における,
レーションで得られた,粘度と融液延伸長さの
実測値と理論曲線の関係を示す。
関係を示す。図 8と同様に重力加速度 1Gでの計
図に示すように,実測値と理論曲線は良く一
算結果である。なお,融液延伸長さとは,ショッ
致している。これは,繊維径を決めるおのおの
トと繊維に融液が分断するまでに延伸したとき
のパラメータの影響を評価できることを意味し,
の長さであり,延伸長さ(≒繊維長)は融液粘
繊維化諸元の設計に役立つものとなっている。
度と正の相関があることが予測できる。
90
10
80
8
7
延伸長さ(mm)
平均繊維径 (μm)
9
理論曲線
6
5
4
延伸
長さ
60
50
40
3
2
70
0
20
40
60
80
100
120
140
30
160
遠心加速度(km/s2)
1.0
1.5
2.0
2.5
3.0
粘度(Pa・s)
図 9 粘度と延伸長さの関係
図 7 繊維径への理論の適用
─ ─
19
3.5
ニチアス技術時報 2015 No. 1
紹介した計算例は重力加速度 1G,かつ等温場
地球環境に貢献する製品を提供していきたい。
におけるものである。一方,実現象では延伸中
なお,本稿には信州大学との共同研究におい
4
の冷却に伴う粘度変化があり,加速度も 10 G の
て得られた成果も含まれている。共同研究者で
オーダである。熱移動とそれに伴う融液の粘度
ある信州大学工学部機械システム工学科松原雅
変化も含めたシミュレーションは原理的に可能
春教授,吉野正人教授に感謝の意を表する。
であり,引き続き研究を続けている。このシミュ
レーション技術が完成すれば,ショット径や繊
維径,繊維長などが繊維化過程のどの時点で決
まるのか,また,それを支配する因子は何か,
などを解明できると考える。その結果も活かし,
断熱性能を一層向上させた製品開発などに結び
参考文献
1) S. Chandrasekhar, Hydrodynamic and hydro-magnetic
stability, Chap. 10 (1961) 428-480
2) R. Menicof f, R. Mjoisness, D. Shrap, C. Zemach, The
Physics of Fluids, Vol.20 (1977), 2000-2004
3) B. Sirok, B. Bizjan, A. Orbanic, T. Bajcar, Cemical
Engneering Research and Design, Vol.92 (2014), 80-90
付けていく。
4) T. Inamoto, T. Ogata, S. Tajima, N. Konishi, Journal of
4.おわりに
Computational Physics, Vol.198 (2004), 628-644
ロックウール製品は,CO2 削減の観点からも
注目されてきており,また,高炉スラグなどの
製鉄時に排出される副産物を原料として使用で
筆者紹介
きる利点もある。今後,その需要は益々増大す
北原英樹
ると予想され,断熱性能や耐熱性能などの物性
研究開発本部 浜松研究所
無機繊維の研究開発に従事
向上も同時に求められてくる。
当社としても,鋭意研究を進めることで,今
回ご紹介した基盤技術をさらに高め,より一層
─ ─
20
ニチアス技術時報 2015 No. 1
〈技術レポート〉
ふっ素樹脂製品におけるクリーン化技術(前編)
─PFAチューブ通水液のパーティクル測定─
研究開発本部 鶴見研究所 石 川 俊
定技術について,前編として「パーティクル」,
1.はじめに
後編として「微量TOC」および「超微量金属」
半導体業界は他に類がない「超高清浄」を求
の2 回に分けて解説し,併せて当社および他社製
められる業界である。その要求水準は半導体の
PFA チューブの汚染の実態把握を行った結果を
進化とともに高度化され,製造装置や設備を構
紹介する。
成する各種部材は,その進化に追従する清浄度
を確保する必要がある。例えば,純水や薬液を
2.パーティクル測定
使用する製造装置の立ち上げにおいて,使用す
2.1 従来の測定方法の問題点
る液中のppb(10億分の 1)レベルの汚染物質が
気中や液中のパーティクル測定方法には,測
低減されないがために数週間~数ヶ月もの間,
定用フィルタやウェーハを用いて表面異物検査
製造装置が生産に寄与できなかったり,量産時
装置や電子顕微鏡などで計数する手法と,
「パー
に突発的に発生したごくわずかな汚染により歩
ティクルカウンタ」と呼ばれるパーティクルに
留まりを悪化させたりすることもある。
より生じたレーザー散乱光をセンサで検出して
汚染物質は,パーティクル(異物微粒子)
,無
計数を行う測定器による手法が存在する。前者
機/有機汚染,金属不純物などに大別できるが,
はパーティクルを計数しながら電子顕微鏡画像
それらが物理的,化学的な影響を与えて,回路パ
を介してパーティクルの形状や組成を把握でき
ターン欠陥,ヘイズ(曇り)の発生,ゲート素子
る長所があるが,人手,時間,費用が必要である。
の信頼性低下などの不良原因となる。そのため,
一方後者は比較的安価であり,センサを通過し
半導体製造に使用される各種構成部材は,これ
た流体内のパーティクルを自動で計数出来る点
ら汚染物質の発生を極力低減する必要がある。
から製造ラインの管理や部材から発生するパー
当社は,半導体産業向けに耐薬品性や耐熱性
ティクルの評価に用いられることが多い。液中
に優れるふっ素樹脂を使用した各種構成部材を
パーティクルカウンタ(Liquid Particle Counter
上市している。このうち PFAチューブをはじめ
;以下 LPCと略す)は超純水の管理や液用パー
とするチューブ製品は,純水や薬液搬送の配管
ティクル除去フィルタの性能評価などに利用さ
部材として使用されるため,高清浄維持への寄
れてきたが,LPCには気中パーティクルカウン
与が大きいとされる。そのため,汚染の実態把
タには無い使用上の問題点が存在する。それは,
握や発生機構の解明は極めて重要である。しか
正確な液中パーティクル測定を困難にさせる気
し,この汚染は極微小・極微量であるため,外
泡の存在である。例えば,パーティクルカウン
部影響を排除した正確な測定は容易ではない。
タで配管内に存在するパーティクルを評価しよ
今回,これら極微小・極微量汚染の正確な測
うとした時,気中評価であればクリーンルーム
─ ─
21
ニチアス技術時報 2015 No. 1
まず,与圧と脱気水の効果は次の 2 つの要因に
(Clean Room;以下CRと略す)で配管を気中パー
ティクルカウンタの流路につなぎ込み,流量調
よってもたらされると考えた。
整すれば測定可能状態になる。しかし,液中評
要因①:与圧と脱気水による溶存可能空気量の
価においては,同様の手順で,配管をLPCの流
上昇
路につなぎ込み流体を流して測定しようとする
要因②:与圧による気泡サイズ縮小
と,CR中(配管中)の空気が混入して生じた気
要因①について導いた仮説が図2 に示す圧力
泡が原因と思われる測定誤差(気泡ノイズ)が
と溶存可能空気量の関係である。
確認できる。また,液体内に空気が溶解してい
100
る場合でも,振動や圧力変動により微小な気泡
90
が発生し,気泡ノイズにつながる。
80
溶存空気量(mg/L)
本稿では,外部からの空気混入や液中に溶解
した空気が気泡化することによってもたらされ
るノイズを極力減らし,配管内の液中パーティ
クルを正しく測定する技術を確立したので紹介
する。
空気の溶解度
(化学工学便覧 改定6版
式および物性表より算出)
70
60
50
40
30
10
2.2 解決方法
B:脱気水
0
2.2.1 パーティクル測定評価系
溶存可能空気量
が増加
A:無脱気水
20
0
C:与圧
1
図1はパーティクル測定評価系の概略図であ
2
3
4
圧力(atm)
図 2 圧力と溶存空気量の関係
る。基本構造はSEMIが発行している『超純水お
よび液体化学薬品分配システムに使用されるコン
ポーネント評価のためのパーティクル試験方法ガ
グラフに記載してある実線は化学工学便覧改
1)
イドライン』
(SEMI F104-0312) に準じた構造
定6 版の式および物性表より算出した23℃の溶
としている。LPCは0.065μm以上のパーティク
解度である 3)。大気圧に開放された状態では,水
ル を 測 定 で き る ス ペ ク ト リ ス 社(PARTICLE
は大気を容易に溶解し,溶存空気量は溶解度の
MEASURING SYSTEM社 ) のHSLIS M65eを 使
23mg/L となる(図2 のA)
。今回の試験では脱気
用した。本評価系でパーティクルが正しく測定さ
水を使用しているため溶存空気量は0mg/L と見
れるためには100mL/min±10%の流量で液体を
なせる(図2 のB)
。この状態で超純水を3atm ま
流す必要があり,その量を越えた液体は分岐して
で与圧すると図2 のC の位置になり,溶存可能空
排水している。この排水流路は,サンプル交換時
気量は69mg/L まで増加する。このように脱気水
に混入する空気を追い出すためにも利用している。
の使用と与圧を併用することで溶存可能空気量
を大幅に増加させることにより気泡の溶解(消
超純水
(脱気水)
0.03μm
フィルタ
サンプル
LPC
泡)が容易になる。
100mL/min
要因②の与圧による気泡サイズの縮小は,ボイ
排水
ルの法則「気体の圧力と体積は反比例する」に倣
い,与圧により液体中の気泡体積が小さくなり,
図 1 測定評価系の概略図
LPCにカウントされにくくなると予測できる。
2.2.2 与圧測定による気泡ノイズ低減
以上の効果を実証するために,図1 の測定評価
2.1で述べた空気混入による気泡ノイズを低減
系のサンプル部に清浄を確保したPFAチューブ
させる方法として,測定評価系内を与圧するこ
(内径:4mm,外径:6mm,長さ:20m)を装着
とや脱気水の利用に効果があることは経験的に
し,計数値が LPC のノイズレベルであることを
2)
知られている 。ここでは,その効果の実証試験
確認した後,溶解している空気があれば気泡化
結果を報告する。
するように PFA チューブに振動を付与した。こ
─ ─
22
ニチアス技術時報 2015 No. 1
の手法を設定した圧力水準と流速水準の双方で
略する)をはじめ,市場に流通している他社同径
行い,得られた LPCの計数値のうち振動開始か
PFAチューブ(内径:4.35mm,外径:6.35mm,
ら終了5 分後まで,計 15分間の平均パーティク
長さ:20mの市販品)の評価を行った。測定は
ル数を算出したグラフを図 3 に示す。通水流量に
SEMI F104-0312に 準 じ て 測 定 評 価 系 内 圧 力
関わらず測定評価系内圧力を2atm まで与圧すれ
3atm,サンプルへの流量150mL/min,LPC への
ば気泡ノイズを抑制できることが判明した。
流量100mL/min,排水流量50mL/min で実施し
2.3 測定事例
た。また,サンプルの交換作業による計数誤差
2.2で述べた与圧による気泡ノイズ排除手法を
の程度を把握するために,清浄が確保された
用 い て, 当 社 製 品 TOMBO
No.9003-PFA-HG
チューブを用意し,その影響も測定した。これ
「ナフロン PFA-HG チューブ」(以後 PFA-HG と
らの結果を図4 に示す。X軸は通水量,Y軸はパー
TM
®
1000.0
110mL/min
15分間の平均パーティクル数 (個/mL)
200mL/min
400mL/min
100.0
1000mL/min
10.0
LPCのノイズレベル
100
0.1
0
1
2
3
4
測定評価系内圧力(atm)
図3 測定評価系内圧力の気泡ノイズへの影響
100000
ニチアスPFA-HG
A社
B社
パーティクル数 (個/mL)
10000
測定ブランク
1000
100
10
(0)1
0.1
1
10
100
通水量(L)
図4 各社PFAチューブの発生パーティクル評価
─ ─
23
1000
ニチアス技術時報 2015 No. 1
ティクル数であるが,対数グラフでは0 個 /mL
2) 一 条 和 夫(2002)
『HDD 分 野 に お け る 微 粒 子 計 測 』
IDEMA JAPAN NEWS No.57 p4
は表記できないので,便宜上 0個/mL は 1 個/mL
『化学工学便覧 改定 6 版』丸善
3) 日本化学会(1999)
の位置にプロットした。
p80
清浄が確保されたチューブの測定結果は,サン
プル交換作業後,数分で収束している。これを
*「TOMBO」はニチアス㈱の登録商標または商標です。
*「ナフロン」はニチアス㈱の登録商標です。
*本稿の測定値は参考値であり,保証値ではありません。
*本稿はクリーンテクノロジー誌2014年11月号に掲載され
た内容に一部加筆したものです。
測定ブランクとして,市場で流通しているチュー
ブのパーティクル測定結果を比較すると,一概
にPFA チューブといっても,汚染度が高い製品
と低い製品が混在していることが判明した。今
回,パーティクルの測定法が確立した。
後編では,さらに微量TOC,超微量金属の測定法
筆者紹介
と市販PFAチューブの測定結果について解説する。
石川 俊
参考文献
研究開発本部 鶴見研究所
各種フィルター製品の開発を経て
現在クリーン化技術の研究に従事
1) SEMI(2012)『超純水および液体化学薬品分配システム
に使用されるコンポーネント評価のためのパーティクル
試験方法ガイドライン』SEMI F107-0312
ナフロン®
チューブ
TM
ナフロン PFA-HG チューブは、溶出ふっ素イオンの少ない NEW PFA 化された原料を用
い、かつ PFA の高次構造 ( 球晶の微小化 ) をコントロールすることにより、チューブ内
面の平滑化を可能にした PFA チューブです。ウルトラクリーン化を要求される半導体 ・
液晶産業分野での用途に最適です。
特長
従来のPFAチューブの性能に加え、以下の特長があります。
チューブ内表面は
平滑(Rt=0.2μm)です。
NEW PFA化された
原料を使用しています。
パーティクルや薬液の滞留低減
クリーンアップ(洗浄時間)の低減
チューブ内の表面積減少による
薬液浸透量の低減
透明性の向上
絶縁耐力の向上
溶出ふっ素イオンの低減
応力環境下での
耐ストレスクラック性向上
(ex.硫酸過水、発煙硫酸)
─ ─
24
「ニチアス技術時報」
《2014 年目次総録》
2014/1 号 通巻 No. 364
〈巻頭言〉
断熱材特集号発刊にあたって
〈特別企画〉
極低温から超高温までをカバーするニチアスの断熱材
〈News〉
住宅用ロックウール断熱材の新工場が完成しました
最適なガスケットを選定できるアプリケーション「ガスケット NAVI 」を公開しました
TM
〈技術レポート〉(寄稿)中・低温領域の断熱材の概要と発泡ポリマー・シリカナノコンポジット断熱材の開発について
高耐熱低熱伝導断熱材の開発
〈解説〉
硬質ウレタンフォームの発泡剤をめぐる環境問題対策の動向について
〈製品紹介〉
着脱自在な発じんの少ないクリーンルーム向け保温材 TOMBO
金属保温材
TM
No.4500-CR「エネサーモ CR」
®
2014/2 号 通巻 No. 365
〈巻頭言〉
分析・解析技術特集号発刊にあたって
〈特別企画〉
ニチアス製品を支える分析・解析技術
〈寄稿〉
散乱法による結晶性高分子材料の構造解析
〈技術概要〉
ニチアスの分析・解析技術
〈技術レポート〉 熱分解 GC/MS によるオイル中微量溶出成分の分析
燃焼フラスコ法によるふっ素系ポリマー中のリン,ホウ素の定量分析
周期加熱法の低温下における熱伝導率測定への応用
2014/3 号 通巻 No. 366
〈巻頭言〉
技術時報 366 号発刊にあたって
〈寄稿〉
今後の石油供給問題がエンジン技術に与える影響(前編)−石油供給の将来予測−
〈特別企画〉
お客さまのニーズに密着した製品・サービスの開発
〈新製品紹介〉
産業機器用断熱板 TOMBO
TM
No.6870-K「レジサル K」
Ⓡ
〈新サービス紹介〉 工業用ガスケットの選定・施工支援ツール「ガスケット NAVI 」の紹介
TM
移動式ガスケット加工設備「GASKET 工房 」の紹介
TM
〈製品紹介〉
分子状汚染物質除去用ケミカルフィルター TOMBO
超軽量防音カバー TOMBO
TM
TM
No.8803「ケミカルガード HA/HT」
®
No.6690-B「エアトーン 」
®
2014/4 号 通巻 No. 367
〈巻頭言〉
技術時報 367 号発刊にあたって
〈特別企画〉
省エネ,CO2 削減に貢献するニチアスのロックウール
〈技術レポート〉 ロックウールの製造技術
〈解説〉
環境に優しいロックウール
〈新製品紹介〉
ニチアスのビル向けロックウール新製品
建築用防音・断熱材「MG ビルパック 」
防湿層付耐熱ロックウール断熱材 TOMBO
乾式巻き付け耐火被覆材 TOMBO
Ⓡ
TM
TM
No.5520-D「マキベエ ダンネツ」
Ⓡ
No.5520「マキベエ 」新仕様品
Ⓡ
〈寄稿〉
今後の石油供給問題がエンジン技術に与える影響(後編)
−石油供給減少下におけるエンジン技術−
次号 2015/2 号 通巻 No. 369 は 2015 年 3 月発行予定です。
─ ─
25
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